Tema II - Modelo OSI

Transcripción

1 Tema II - Modelo OSI El modelo de interconexión de sistemas abiertos (ISO/IEC ), también llamado OSI (en inglés, Open Systems Interconnection) es el modelo de red descriptivo, que fue creado por la Organización Internacional para la Estandarización (ISO) en Al principio de su desarrollo, las LAN, MAN y WAN eran en cierto modo caóticas. A principios de la década de los 80 se produjo un enorme crecimiento en la cantidad y el tamaño de las redes. A medida que las empresas se dieron cuenta de que podrían ahorrar mucho dinero y aumentar la productividad con la tecnología de networking, comenzaron a agregar redes y a expandir las redes existentes casi simultáneamente con la aparición de nuevas tecnologías y productos de red. A mediados de los 80, estas empresas debieron enfrentar problemas cada vez más serios debido a su expansión caótica. Resultaba cada vez más difícil que las redes que usaban diferentes especificaciones pudieran comunicarse entre sí. Se dieron cuenta que necesitaban salir de los sistemas de networking propietarios. Los sistemas propietarios se desarrollan, pertenecen y son controlados por organizaciones privadas. En la industria de la informática, "propietario" es lo contrario de "abierto". "Propietario" significa que un pequeño grupo de empresas controla el uso total de la tecnología. Abierto significa que el uso libre de la tecnología está disponible para todos. Para enfrentar el problema de incompatibilidad de las redes y su imposibilidad de comunicarse entre sí, la Organización Internacional para la Normalización (ISO) estudió esquemas de red como DECNET, SNA y TCP/IP a fin de encontrar un conjunto de reglas. Como resultado de esta investigación,

2 la ISO desarrolló un modelo de red que ayudaría a los fabricantes a crear redes que fueran compatibles y que pudieran operar con otras redes. El proceso de dividir comunicaciones complejas en tareas más pequeñas y separadas se podría comparar con el proceso de construcción de un automóvil. Visto globalmente, el diseño, la fabricación y el ensamblaje de un automóvil es un proceso de gran complejidad. Es poco probable que una sola persona sepa cómo realizar todas las tareas requeridas para la construcción de un automóvil desde cero. Es por ello que los ingenieros mecánicos diseñan el automóvil, los ingenieros de fabricación diseñan los moldes para fabricar las partes y los técnicos de ensamblaje ensamblan cada uno una parte del auto. El modelo de referencia OSI fue el esquema descriptivo que crearon. Este modelo proporcionó a los fabricantes un conjunto de estándares que aseguraron una mayor compatibilidad e interoperabilidad entre los distintos tipos de tecnología de red utilizados por las empresas a nivel mundial.

3 Propósito del modelo de referencia OSI El modelo de referencia OSI es el modelo principal para las comunicaciones por red. Aunque existen otros modelos, en la actualidad la mayoría de los fabricantes de redes relacionan sus productos con el modelo de referencia OSI, especialmente cuando desean enseñar a los usuarios cómo utilizar sus productos. Los fabricantes consideran que es la mejor herramienta disponible para enseñar cómo enviar y recibir datos a través de una red. El modelo de referencia OSI permite que los usuarios vean las funciones de red que se producen en cada capa. Más importante aún, el modelo de referencia OSI es un marco que se puede utilizar para comprender cómo viaja la información a través de una red. Además, puede usar el modelo de referencia OSI para visualizar cómo la información o los paquetes de datos viajan desde los programas de aplicación (por ej., hojas de cálculo, documentos, etc.), a través de un medio de red (por ej., cables, etc.), hasta otro programa de aplicación ubicado en otro computador de la red, aún cuando el transmisor y el receptor tengan distintos tipos de medios de red. En el modelo de referencia OSI, hay siete capas numeradas, cada una de las cuales ilustra una función de red específica. Esta división de las funciones de networking se denomina división en capas. Si la red se divide en estas siete capas, se obtienen las siguientes ventajas: Divide la comunicación de red en partes más pequeñas y sencillas. Normaliza los componentes de red para permitir el desarrollo y el soporte de los productos de diferentes fabricantes. Permite a los distintos tipos de hardware y software de red comunicarse entre sí.

4 Impide que los cambios en una capa puedan afectar las demás capas, para que se puedan desarrollar con más rapidez. Divide la comunicación de red en partes más pequeñas para simplificar el aprendizaje. Estrategias del modelo OSI Cada capa del modelo OSI tiene sus propias funciones únicas. El proceso de envío de datos se inicia normalmente en la capa de aplicación, se envía a través de la pila a la capa física y, a continuación, a través de la red al destinatario. Los datos se reciben en la capa física, y el paquete de datos se transmite luego a la pila a la capa de aplicaciones.

5 imagen. Lo anterior se puede visualizar fácilmente a través de la siguiente En la imagen anterior se observa como una aplicación de Software del sistema A quiere enviar información a otra aplicación en el sistema B. El sistema A pasa la información a la capa de aplicación, capa La capa de aplicación entrega los datos a la capa de presentación, capa

6 La capa de presentación pasa sus datos a la capa de sesión, capa 5, y así sucesivamente, hacia abajo, hasta llegar a la capa física, capa 1. Para llegar a B el proceso es contrario Cada capa se puede comunicar solamente con tres de las otras capas: La capa inferior. (N 1) La capa igual en otro sitio de la red de computadores. N La capa superior. (N+1) Cada capa del modelo tiene varias formas de controlar la información con el fin de comunicarse adecuadamente con su capa igual en otras redes. Esta serie de reglas se añaden al comienzo de cada paquete de información que se quiere transferir. PCI: protocol control information. Esta unidad completa de información o PDU es la que llega a la capa correspondiente en el sistema al otro lado de la red. PDU: protocol data unit. Las 7 capas del modelo OSI pueden ser divididas en 2 categorías: De aplicación y De transporte de datos. Las primeras usualmente son implementadas únicamente como software, mientras que las segundas, usualmente cuentan con implementaciones en hardware y software. Las primeras 3 capas, Aplicación, Presentación y Sesión usualmente están implementadas en software e interactúan de alguna forma con el usuario.

7 Las capas de Transporte y red no interactúan directamente con el usuario y únicamente se encargan de preparar la información para las siguientes dos capas, que primordialmente están concretadas en hardware. La capa n de un computador se comunica con la capa n de otro computador, utilizando protocolos de la capa n. Por otra parte, cada capa de protocolos le pasa datos a la siguiente capa, ésta les añade datos propios de control y se los pasa a la siguiente capa, formando así una cadena. De esta forma, cada capa forma unidades de datos, que contienen los datos tomados de la capa anterior y los propios que les ha añadido ella, denominándose al conjunto obtenido PDU (unidades de datos del protocolo). La idea clave en todo este proceso es que aunque la transmisión real de los datos es vertical, cada capa se programa como si fuera horizontal.

8 Formatos de la Información en el modelo OSI Los datos y la información de control que se mueven a través del modelo OSI tienen varias representaciones: Frame: Es una unidad de información cuyas fuentes de envío y recepción pertenecen a la capa de enlace o link. Está compuesto por un encabezamiento (header) y una cola (trailer) con información para la capa de enlace del destinatario. Además, lleva los datos de la capa inmediatamente superior. Packet: Es una unidad de información cuyas fuentes de envío y recepción pertenecen a la capa de red. Está compuesto por un encabezamiento (header) y una cola (trailer) con información para la capa de red del destinatario. Además, lleva los datos de la capa inmediatamente superior. Datagrama: Se refiere a una unidad de información cuya fuente y destino pertenecen a la capa de red y se transmiten por un tipo de red sin conexión permanente (connectionless). Segmento: Se refiere a una unidad de información cuya fuente y destino pertenecen a la capa de transporte. Mensaje: Es una unidad de información cuya fuente y destino existen más arriba de la capa de red, por lo general pertenece a la de aplicación. Celda: Es una unidad de información de ancho fijo, cuya fuente y destino pertenecen a la capa de enlace o link

9 Está compuesta por: Encabezamiento (header) de 5 bytes con información de control para la capa de enlace del sistema de destino. Carga de datos (payload) de 48 bytes con información de la capa inmediatamente superior.. El modelo de la celda se usa en ambientes conmutados de comunicaciones como: ATM (Asynchronous Transfer Mode): Modo de Trasferencia de datos Asincrónica. SMDS ( Switched Multimegabits Data Service): Servicio de datos conmutados a velocidad de multimegabits. Dispositivos por capa del modelo OSI Capa 1: Cables, Tarjetas y Repetidores (hub). Capa 2: Bridges y Switches. Capa 3: Ruteadores y Switches, Tarjeta de Red. Capa 4, 5, 6 y 7: Gateways y el Software.

10 Las siete capas del modelo OSI El modelo OSI divide las tareas necesarias para mover información entre dos o más computadores conectados a una red en siete tareas más simples llamadas capas. El problema de trasladar información entre computadores se divide en siete problemas más pequeños y de tratamiento más simple en el modelo de referencia OSI. Cada uno de los siete problemas más pequeños está representado por su propia capa en el modelo. Las siete capas del modelo de referencia OSI son:

11 Funciones de las siete capas Cada capa individual del modelo OSI tiene un conjunto de funciones que debe realizar para que los paquetes de datos puedan viajar en la red desde el origen hasta el destino. A continuación, presentamos una breve descripción de cada capa del modelo de referencia OSI en la siguiente imagen.

12 Capa 7: La capa de aplicación La capa de aplicación es la capa del modelo OSI más cercana al usuario; es la encargada de la interfaz entre las redes de personas y las redes de datos suministrando servicios de red a las aplicaciones del usuario. Difiere de las demás capas debido a que no proporciona servicios a ninguna otra capa OSI, sino solamente a aplicaciones que se encuentran fuera del modelo OSI. Utilizan la capa de transporte para enviar y recibir datos. Y es por donde comienza el proceso de comunicación de la red. Las tareas básicas son: Identificación de los otros sistemas que recibirán la información Identificación de la existencia de recursos para la comunicación Sincronización general de la transmisión

13 Algunos de estos protocolos con sus puertos son: HTTP: 80 SMTP: 25 POP: 110 FTP: 20/21 TELNET:23 Cada protocolo tiene un fin específico y contiene las características requeridas para cumplir con dicho propósito. Además de estos protocolos existen muchos más.

14 Capa 6: La capa de presentación La capa de presentación garantiza que la información que envía la capa de aplicación de un sistema pueda ser leída por la capa de aplicación de otro. De ser necesario, la capa de presentación traduce entre varios formatos de datos utilizando un formato común. Esta capa convierte la información de la Aplicación que se pretende enviar a un formato que lo pueda entender la fuente que recibe. Entre los formatos más usados están: Texto en ASCII o en EBCDIC Compresión de datos Compresión de video MPEG-2 y MPEG-4 Formato JPEG, etc.

15 Capa 5: La capa de sesión Como su nombre lo implica, la capa de sesión establece, administra y finaliza las sesiones entre dos hosts que se están comunicando. La capa de sesión proporciona sus servicios a la capa de presentación. También sincroniza el diálogo entre las capas de presentación de los dos hosts y

16 administra su intercambio de datos. Además de regular la sesión, la capa de sesión ofrece disposiciones para una eficiente transferencia de datos, clase de servicio y un registro de excepciones acerca de los problemas de la capa de sesión, presentación y aplicación. Esta capa establece, administra y termina las sesiones de comunicación entre dispositivos. Una sesión de comunicación consta de solicitud de servicio y respuesta al servicio entre dos aplicaciones. Esta capa nos proporciona los siguientes servicios: Control de Dialogo Agrupamiento Recuperación Protocolos de esta capa conocidos: Apple Talk, ZIP (Protocolo de Información de Zona)

17 Capa 4: La capa de transporte La capa de transporte segmenta los datos originados en el host emisor y los reensambla en una corriente de datos dentro del sistema del host receptor. El límite entre la capa de transporte y la capa de sesión puede imaginarse como el límite entre los protocolos de aplicación y los protocolos de flujo de datos. Mientras que las capas de aplicación, presentación y sesión están relacionadas con asuntos de aplicaciones, las cuatro capas inferiores se encargan del transporte de datos. La capa de transporte intenta suministrar un servicio de transporte de datos que aísla las capas superiores de los detalles de implementación del transporte, es decir, la capa de Transporte se encarga de la comunicación de extremo a extremo de la red para garantizar la conversación entre las aplicaciones libre de errores. Organiza los datos en segmentos para su transporte por la red. En esta capa: Se controla el flujo de información

18 Se multiplexan los datos de varias fuentes de información Se utilizan varios mecanismos para establecer una transmisión libre de error Organiza los datos en segmentos: Direccionamiento Control de transporte: segmentación, control de flujo y chequeo de errores Multiplexación en los protocoles de la capa de transporte, significa tomar los datos de la capa de aplicación, etiquetarlos con un numero de puerto (TCP o UDP) que identifica a la aplicación emisora y enviar dicho paquete a la capa de red.

19 Internet utiliza los protocolos TCP y UDP de esta capa TCP: Protocolo de control de transmisión UDP: Protocolo de los datagramas del usuario Capa 3: La capa de red La capa de red es una capa compleja que proporciona conectividad y selección de ruta entre dos sistemas de hosts que pueden estar ubicados en redes geográficamente distintas. En esta capa se define la dirección de la red, que es diferente a la dirección MAC establecida en la capa anterior.

20 En el protocolo de Internet IP se utiliza esta dirección para enlazar las direcciones del sistema que envía con el que recibe. Los enrutadores utilizan esta dirección de red para organizar el tránsito de los paquetes. al B. Hay mucha actividad de hardware y equipos sobre esta capa. Es la encargada de organizar el movimiento de datos desde el punto A Los grupos de datos o frames se convierten en datagramas: Interconexión de redes: dirección lógica, trayectorias, conmutación Enrutamiento: selección de las direcciones exactas de envío y llegado Control de la red: Control de flujo

21 Capa 2: La capa de enlace de datos La capa de enlace de datos proporciona tránsito de datos confiable a través de un enlace físico. Al hacerlo, la capa de enlace de datos se ocupa del direccionamiento físico (comparado con el lógico), la topología de red, el acceso a la red, la notificación de errores, entrega ordenada de tramas y control de flujo. Actúa como intermediario entre la capa de red y la capa física codificando las tramas recibida para su transmisión en la capa física y controlando los posibles errores en la transmisión. La capa de Enlace de Datos realiza 2 servicios básicos: Permite a las capas superiores acceder a los medios usando técnicas, como tramas. Controla cómo los datos se ubican en los medios y son recibidos desde los medios usando técnicas como control de acceso a los medios y detección de errores. datos. Describe las reglas para convertir el tren de bits en grupos o frames de la red: En esta capa se organiza el transito confiable de los datos a través de Direccionamiento físico del dispositivo Topología de la red Notifica a las capas superiores de que hay un error Reordenamiento de los grupos o frames de datos Regulación del tráfico de tal manera que el dispositivo receptor no sea saturado Se divide en dos:

22 Sub-capa MAC o de Control de Acceso al Medio: Define cómo funciona la red Protocolos de acceso al medio como Ethernet, SONET, etc Dirección física quemada en el hardware Sub-capa LLC o Control Lógico del Enlace: Estable y mantiene el enlace de datos Sincroniza los frames o grupos de datos Controla el flujo y el chequeo de errores

23 Capa 1: La capa física La capa física define las especificaciones eléctricas, mecánicas, de procedimiento y funcionales para activar, mantener y desactivar el enlace físico entre sistemas finales. La función de esta capa es de codificar las señales, los dígitos que representan a los números binarios. Se encarga de la transmisión y recepción de una secuencia no estructurada de bits sin procesar a través de un medio físico. Describe las interfaces eléctrica/óptica, mecánica y funcional al medio físico, y lleva las señales hacia el resto de capas superiores. Las características tales como niveles de voltaje, temporización de cambios de voltaje, velocidad de datos físicos, distancias de transmisión máximas, conectores físicos y otros atributos similares son definidas por las especificaciones de la capa física.

24 Describe las reglas para poner y extraer los bits de los cables que conforman la red. Define: Medios de Transmisión Dispositivos Estructuras de la red Tipo de señales de los datos Voltajes, tiempos, conectores, etc.